有轨电车—公交复合交通网络模型构建及脆弱性分析

论文摘要

随着城市公共交通系统的不断丰富和完善,有轨电车线路和常规公交线路的彼此交汇使得线网结构日益复杂,一旦发生突发事故将会对整个交通系统造成巨大的影响。脆弱性是衡量突发事故对网络影响程度的指标,现有对脆弱性研究中往往忽略了不同交通网络的层间联系,并且无论是从结构失效模式还是评价指标方面对脆弱性的研究角度都较为单一。本文基于复杂网络理论,构建了有轨电车-公交复合网络模型,对网络的中心性进行分析,基于中心性提出脆弱性评价模型,对复合网络及其子网络的脆弱性进行分析,然后基于脆弱性对复合网络节点和连边重要性进行评估。主要研究内容包括:（1）以北京亦庄地区公共交通网络为例,将有轨电车和常规公交线网抽象为拓扑结构,基于Space L模型构建了有轨电车-公交复合网络模型,对复合网络及子网络的拓扑结构复杂性进行了全面分析,得到复合网络是具有无标度特性的小世界网络,公交子网络复合有轨电车子网络后网络效率提高了 17.81%,表明有轨电车线路对沿线的公交线路存在一定的整合汇聚作用。（2）研究分析了有轨电车-公交复合网络及子网络的结构中心性特征,并从结构中心性角度对复合网络重要节点进行了比较分析,同时基于中心性指标分析了不同网络的中心化程度,分析得到有轨电车子网络非同质性最强,公交子网络非同质性最弱。（3）从网络中心性的角度建立了脆弱性评价模型,对有轨电车-公交复合网络及有轨电车子网络、公交子网络分别进行连续攻击仿真实验,计算了脆弱性指标在不同攻击策略下的变化情况。结果发现三种网络在随机攻击策略下脆弱性较低,在介数中心性攻击策略下脆弱性较高;在三种网络中,有轨电车-公交复合网络脆弱性最低,有轨电车子网络脆弱性最高。另外提出层间紧密度的概念,计算得到复合网络层间紧密度为0.2704,有轨电车子网络和公交子网络相互连通程度较低,将层间紧密度作为脆弱性指标分析发现特征向量中心性攻击策略下对复合网络层间连边破坏最大。（4）基于脆弱性对复合网络节点和连边的重要性进行评估,得到复合网络中有轨电车节点的脆弱性较大,并且6.59%的连边脆弱性大于0.01,连边脆弱性的影响不容忽视。另外结合中心性对评估方法进行改进,提出了中心-脆弱性评价指标,得到有轨电车-公交复合网络节点和连边的重要性排序,对重要节点和连边的分布进行研究。将应急保护重点区域分为河西区、核心区、马驹桥、路东区四大重点区域。最后依据有轨电车-公交复合网络脆弱性的评价结果,提出北京亦庄地区交通线网应急规划建议。论文分析结论一定程度上为脆弱性在复合网络方面的研究提供了理论依据。

论文目录

致谢

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2 交通网络基础理论

2.1 交通网络的复杂性特征

2.2 复杂网络理论

2.2.1 图论

2.2.2 复杂网络模型

2.2.3 复杂网络度量指标

2.3 脆弱性理论

2.3.1 脆弱性定义

2.3.2 脆弱性影响因素

2.3.3 脆弱性特征

2.4 本章小结

3 有轨电车-公交复合网络构建及复杂性分析

3.1 有轨电车-公交复合网络拓扑模型构建

3.1.1 数据搜集和处理

3.1.2 基本假设

3.1.3 复合网络构建

3.2 有轨电车-公交复合网络复杂性分析

3.2.1 有轨电车子网络复杂性分析

3.2.2 公交子网络复杂性分析

3.2.3 复合网络复杂性分析

3.2.4 对比分析

3.3 本章小结

4 有轨电车-公交复合网络中心性分析

4.1 中心性评价标准

4.2 网络中心性分析

4.2.1 接近中心性分析

4.2.2 介数中心性分析

4.2.3 特征向量中心性分析

4.3 复合网络节点中心性对比分析

4.4 网络中心化程度分析

4.5 本章小结

5 有轨电车-公交复合网络脆弱性分析

5.1 脆弱性评价模型及指标

5.1.1 脆弱性评价模型

5.1.2 脆弱性指标

5.2 节点失效条件下的网络脆弱性分析

5.2.1 节点攻击策略

5.2.2 有轨电车子网络脆弱性分析

5.2.3 公交子网络脆弱性分析

5.2.4 复合网络脆弱性分析

5.3 连边失效条件下网络脆弱性分析

5.3.1 连边攻击策略

5.3.2 有轨电车子网络脆弱性分析

5.3.3 公交子网络脆弱性分析

5.3.4 复合网络脆弱性分析

5.4 复合网络和子网络脆弱性对比分析

5.4.1 节点失效条件下复合网络和子网络脆弱性对比

5.4.2 连边失效条件下复合网络和子网络脆弱性对比

5.5 基于脆弱性的复合网络节点和连边重要性评估

5.5.1 评估方法

5.5.2 评估方法改进

5.5.3 复合网络重要节点和连边分布研究

5.6 复合网络应急规划建议

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

附录A

附录B

附录C

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 江南星

导师: 万传风,施翃

关键词: 有轨电车,常规公交,复合网络,复杂网络,中心性,脆弱性

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,公路与水路运输

单位: 北京交通大学

分类号: U491;O157.5

总页数: 123

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有轨电车—公交复合交通网络模型构建及脆弱性分析

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